In questo articolo vedremo cos’è il binning in astrofotografia e come e quando va utilizzato!
Che cos’è il binning?
Il binning consiste nel combinare pixel multipli del sensore della fotocamera in un unico pixel più grande che chiameremo superpixel.
Questa combinazione di pixel è determinata dal fattore di binning utilizzato: spesso avrete sentito parlare di binning 1x, 2x, 3x, ma cosa vogliono dire questi numeri?
E’ semplice! Binning 1x vuol dire che ciascun pixel del sensore rappresenterà un binning d’immagine. Invece quando parliamo di binning 2x vuol dire che i pixel vengono combinati a gruppi di 4, in quadrati di pixel di lato 2. Ecco perché parliamo di binning 2x.
In maniera analoga se si tratta di binning 3x avremo dei superpixel composti da 9 pixel individuali, un quadrato di lato 3 per intenderci. 🙂
Binning hardware e software
Una distinzione importante va fatta quando parliamo di binning su camere astronomiche dedicate, ovvero a che livello tale metodo viene applicato.
Binning hardware
Il binning hardware viene applicato direttamente in fase di lettura del segnale analogico dal sensore della camera. Questo è possibile solo sui sensori CCD, per via della natura di costruzione elettronica di tali sensori.
Infatti i fotoresistori dei CCD essendo collegati in serie tra di loro permettono una operazione di lettura unica. Questo ha un notevole vantaggio, perché se il segnale aumenta di 4 volte in caso di binning 2x (ricordatevi il superpixel figlio di 4 pixel individuali), il rumore di lettura viene introdotto una sola volta, ergo si ha un aumento di SNR di ben 4 volte!
Vuol dire che 1h di posa equivale a ben 4h, un notevole risparmio di tempo!
Binning software
I sensori CMOS invece sono costretti ad applicare un binning di tipo software. Dico costretti perché al contrario dei sensori CCD ciascun fotoresistore viene letto individualmente ed è agnostico rispetto ai pixel circostanti.
Il binning pertanto viene applicato dopo la conversione del segnale analogico in Analog Digital Units (ADU), quindi dopo che il segnale è stato convertito in un dato digitale.
In questo caso il segnale aumenta di 4 volte, ma sapendo che il rumore aumenta con la radice quadrata e avendo 4 operazioni di lettura avremo che: S = 4 | R = 2 => SNR = 2
Quindi l’aumento del rapporto segnale rumore è “soltanto” 2x rispetto ai sensori CCD. Tuttavia i CMOS traggono vantaggio dal fatto che hanno un rumore di lettura molto più basso rispetto ai CCD e quindi il fatto 2x è compensato in parte da tale aspetto. Questo basso rumore di lettura è anche il motivo per cui si prediligono pose più brevi con tali sensori.
Svantaggi del binning
Se uno si fermasse al paragrafo precedente si chiederebbe perché non applicare sempre un binning 100x. 😀
In realtà il binning come tutte le cose belle della vita porta con sé un lato oscuro e problematico.
Il primo di questi è che la risoluzione dell’immagine diminuisce notevolmente: binnando a 2x l’immagine si dimezza in altezza e larghezza restituendo un’immagine grande un quarto del formato originale del sensore. A 3x parliamo addirittura di un nono della dimensione originale! Quindi foto più piccole con tutte le conseguenze che ne derivano.
Inoltre un aspetto altrettanto importante è il campionamento. Applicando il binning questo raddoppia o triplica in base al moltiplicatore. Se si ha un campionamento normale sicuramente si avrà una immagine sottocampionata, con un campionamento molto basso, al limite del sovracampionamento invece si può cercare di rimanere ancora nel range di valore ideale.
Quando va applicato il binning?
Il binning è molto utile nei seguenti casi:
- Framing del soggetto: quando si cerca di centrare il soggetto della nostra foto e si vogliono usare tempi brevi di posa per non aspettare troppo tra uno scatto di composizione e l’altro, è un’ottima idea applicare il binning.
- Messa a fuoco: per evitare le turbolenze dell’atmosfera il binning è un ottimo alleato. Infatti per fare una messa a fuoco abbastanza precisa più velocemente conviene binnare l’immagine e, una volta raggiunto il valore ideale, andare di fino con il binning 1x.
- Sovracampionamento: se il vostro setup ottico è sovracampionato e avete un sensore con pixel troppo piccoli per la focale utilizzata, allora binnando risolverete il problema. 🙂
- Acquisizione di dati che non richiedono dettaglio: chi usa una monocromatica spesso fa la luminanza a binning 1x e l’RGB a binning 2x. Questo perché la luminanza poi darà dettaglio ad un colore con scarsa presenza di strutture, che però viene acquisito in meno tempo del necessario.
Altre informazioni sul binning
Se volete approfondire ulteriormente questo argomento in alto trovate il video dedicato del mio canale YouTube. 🙂
Come sempre se avete domande fatele nei commenti in basso e fino al prossimo articolo vi auguro come sempre:
Cieli sereni!